一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于形态学滤波器和求导法αβ‑dq变换的单相电压暂降快速检测方法，包括如下步骤：S1、采用余弦形和三角形按一定比例组合的结构元素对检测到的单相电压信号初次滤波；S2、使用经过组合形态滤波器初次滤波后的信号求导，构造αβ相电压；S3、使用余弦形态滤波器滤除因差分运算放大的噪声信号干扰；S4、在此基础上经过dq变换，并对dq变换结果使用直线型滤波器滤除非直流量；S5、计算电压暂降幅值和相角。本发明专利技术可以快速、准确地检测出电压暂降的幅值、持续时间和相位变化。

A Fast Detection Method of Single-Phase Voltage Sag Based on Morphological Filter and Derivative Method

The invention discloses a fast detection method of single-phase voltage sag based on morphological filter and derivation method alpha beta DQ transform, which includes the following steps: S1, initial filtering of detected single-phase voltage signal by using cosine and triangle structure elements in a certain proportion; S2, derivation of signal after initial filtering of combined morphological filter, construction of alpha beta phase voltage S3; 4. On this basis, through DQ transform, the results of dq transform are filtered by linear filter unless DC. S5. Calculate the amplitude and phase angle of voltage sag. The invention can quickly and accurately detect the amplitude, duration and phase change of voltage sag.

【技术实现步骤摘要】
一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法
本专利技术涉及电压暂降检测领域，具体涉及一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法。
技术介绍
电能质量问题一直是电力系统研究的热点内容，随着智能电网建设的不断进步，电气自动化领域的技术不断完善，人们对供电质量的要求逐渐提高。电压暂降，又称电压跌落，作为暂态电能质量问题中最常见也是最严重的一种，每年都会因此造成巨大的经济损失，有关研究表明，因电压暂降问题导致的经济损失占全部电能质量问题70%~90%。针对电压暂降问题，动态电压恢复器（DVR）为常见的在电力系统发生电压暂态跌落和跳变等扰动时及时补偿系统电能质量的装置，而如何实时、精准地检测出电压暂降的幅值、相位跳变和起止时间等参数为决定其补偿性能好坏的重要指标。除此之外，随着技术的发展，一些智能型的电能质量补偿设备也开始对电压暂降的检测速度和精度作出要求。因此，分析电力系统发生电压暂降时的信号特征，提出快速而准确的监测电压暂降的方法是十分必要的。关于电压暂降检测方法的研究一直广泛受到国内外学者的关注，通过对近年国内外文献的分析，目前应用较多的方法为有效值检测法、dq变换法、小波变换法、傅里叶变换法、HHT变换法等。有效值检测法可以准确检测出电压暂降的深度，但是无法给出发生电压暂降时的相位跳变，且存在较长的检测延时。小波变换法、傅里叶变换法、HHT变换法等复杂的基于频域分析的算法多数由于计算量较大和工程上难以实现等因素，存在自身的局限性。dq变换法为一种基于瞬时无功理论的坐标变换法，相比起其他基于变换域的算法，具有原理简单、计算量小、实时性强等优点，但是传统的dq变换法仅能适用于三相对称电压暂降的检测，而实际中的电压暂降多为单相故障。常见的针对单相故障改进的dq变换法多为在原有信号的基础上延迟一定的角度如延迟90°后使用αβ-dq变换和延迟60°构造虚拟三相电压的方法，但是延迟角度相当于人为增加了检测延时，不可避免地影响了实时性。实际电网系统中的电压存在畸变和噪声的干扰，多数情况会用到模拟或数字滤波器，如传统巴特沃斯低通滤波器，但这类滤波器的时延特性同样会影响到电压暂降的实时监测，相比之下基于数学形态学的滤波器具有计算量小，精度高，无时域偏移等特点。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法，可以快速、准确地检测出电压暂降的幅值、持续时间和相位变化。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法，包括如下步骤：S1、采用余弦形和三角形按一定比例组合的结构元素对检测到的单相电压信号初次滤波；S2、使用经过组合形态滤波器初次滤波后的信号求导，构造αβ相电压；S3、使用余弦形态滤波器滤除因差分运算放大的噪声信号干扰；S4、在此基础上经过dq变换，并对dq变换结果使用直线型滤波器滤除非直流量；S5、通过下式计算电压暂降幅值和相角：式中：和为直流分量，为单相电压U的瞬时电压有效值，为初始相位的角度值，即相角。所述步骤S2中，根据实测的单相电压构造和，然后通过以下公式变换为直流分量和；式中：ω为dq坐标系相对于αβ坐标系旋转的角速度，t为旋转的时间。本专利技术以数学形态学和基于求导法的αβ-dq变换为理论基础，提出了一种检测单相电压暂降的新方法，以不同结构元素的形态滤波器替代传统巴特沃斯滤波器，有效克服了求导法会放大系统噪声的影响，减少了检测延时，可以快速有效地检测出电压暂降的幅值、起止时间和相位跳变。附图说明图1为本专利技术实施例一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法的流程图；图2为余弦型和组合型结构元素；图3为αβ-dq坐标系之间的变换；图4为不同滤波器性能对比；图5为算法流程检测结果；图中：(a)幅值检测结果;(b)相位跳变检测结果；图6为减少滤波模块对结果的影响示意图；(a)不对信号初次滤波的检测结果；(b)不对求导法结果滤波的检测结果；(c)只对dq变换后的直流量滤波的检测结果；图7为模拟电压暂降检测实验结果；(a)跌落幅值75%第一组数据;(b)跌落幅值75%第二组数据;(c)跌落幅值50%数据;(d)跌落幅值25%数据。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法，包括如下步骤：S1、采用余弦形和三角形按一定比例组合的结构元素对检测到的单相电压信号初次滤波；S2、使用经过组合形态滤波器初次滤波后的信号求导，构造αβ相电压；S3、使用余弦形态滤波器滤除因差分运算放大的噪声信号干扰，降低噪声干扰对算法的影响。图2左为余弦形结构元素，右为加入了三角形结构特征的组合结构元素。S4、在此基础上经过dq变换，并对dq变换结果使用直线型滤波器滤除非直流量；S5、通过下式计算电压暂降幅值和相角：式中：和为直流分量，为单相电压U的瞬时电压有效值，为初始相位的角度值，即相角。所述步骤S2中，使用求导法的前提为构造αβ-dq坐标变换系，图3为αβ-dq坐标变换原理图，U为相对于dq坐标系静止的电压向量，dq坐标系相对于αβ坐标系以角速度ω旋转，则任意时刻t的电压向量U在αβ坐标轴和dq坐标轴上的投影为通过坐标变换将αβ坐标轴上的电压向量变换到dq坐标系下，有如下关系：根据实测的单相电压构造和，然后通过公式（2）变换为直流分量和，使用公式（3）和公式（4）即可求出单相电压U的瞬时电压有效值与初始相位的角度值。使用求导法构造出和的原理很简单，假设检测到的单相市电信号为为电压的幅值，通过对求导可以得到式再根据之间的关系可得到以下变换式：求微分的算法仅适用于连续的模拟信号，由于实际计算中使用的数据均为离散的数字信号，需要对信号进行差分处理，因此实际使用求导法的αβ-dq变换为对原始信号逐项求差分的结果，则对电压信号的求导则变为设系统采样周期为，则可以将式中的替换为理论上当足够小的时候，差分求导的结果会十分接近对理想电压波形求微分的结果，故工程上可以通过增大采样频率将误差控制在允许的范围内。仿真实验分析在此利用Matlab/Simulink软件搭建单相电压暂降模型，采样频率为12.8K，电网电压幅值为300V，频率为工频50HZ，仿真时长为0.2s（2560个采样点），电网电压在t=0.07s（第896个采样点）时发生电压暂降，幅值由300V降低为75V，并伴随着角度为30度的相位跳变，于t=1.5时刻恢复正常电压，为了模拟电网实际工作时的复杂环境，通过编写程序在待测电压波形中加入了幅值为500V的脉冲噪声、10dB的高斯白噪声，以及含量为3%的三次谐波和含量为1%的五次谐波。为了分析和比较不同滤波器的滤波性能，文章选用了四种滤波器对构建的含有多种干扰因素的电压信号进行滤波处理，其一为常见的截止频率为75Hz的巴特沃斯低通滤波器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形态学滤波器和求导法αβ‑dq变换的单相电压暂降快速检测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、采用余弦形和三角形按一定比例组合的结构元素对检测到的单相电压信号初次滤波；S2、使用经过组合形态滤波器初次滤波后的信号求导，构造αβ相电压；S3、使用余弦形态滤波器滤除因差分运算放大的噪声信号干扰；S4、在此基础上经过dq变换，并对dq变换结果使用直线型滤波器滤除非直流量；S5、通过下式计算电压暂降幅值和相角：

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学滤波器和求导法αβ-dq变换的单相电压暂降快速检测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、采用余弦形和三角形按一定比例组合的结构元素对检测到的单相电压信号初次滤波；S2、使用经过组合形态滤波器初次滤波后的信号求导，构造αβ相电压；S3、使用余弦形态滤波器滤除因差分运算放大的噪声信号干扰；S4、在此基础上经过dq变换，并对dq变换结果使用直线型滤波器滤除...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏修来，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22